CN115253685A - Janus膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Janus膜及其制备方法，Janus膜包括依次层叠的疏水基底层、疏水掺杂层以及亲水层；所述疏水基底层的材料为疏水性有机聚合物，所述疏水掺杂层的材料为质量比为1.5～6：10的多面体笼型倍半硅氧烷纳米粒子和所述疏水性有机物的混合物，所述亲水层的材料为亲水性有机聚合物。这种Janus膜中，所述亲水层的材料为亲水性有机聚合物，所述疏水掺杂层提升了所述疏水基底层和所述亲水层的界面相容性，从而使得Janus膜表现出良好的一体性，这种Janus膜在MD工艺过程中的使用稳定性较高，寿命较长且可规模化应用性得到了提高。
Description
技术领域
本发明涉及油水分离领域，尤其是涉及一种Janus膜及其制备方法。
背景技术
近年来，膜蒸馏(MD)因其具有处理高盐和复杂的高盐含油废水方面的潜力，因此在废水回收解决水资源短缺问题的方向上受到了广泛的关注。与目前普遍使用的基于加压的膜分离技术(如反渗透(RO))相比，通过膜两侧蒸汽压差来驱动分离过程的MD工艺不仅打破了高盐含量水处理过程中盐浓度的限制，还可以利用废热、太阳能和地热等廉价能源作为热源减小分离过程的能耗[1]。目前为止，MD技术在大规模应用上仍然面临两个关键挑战，即膜润湿和污染现象，特别是在处理石油、天然气或纺织工业产生的复杂高盐含油废水时，MD分离膜的抗湿抗污能力受到了极大的挑战。
当进料液体克服膜孔“阻力”穿透屏障并到达渗透侧时，MD分离膜表面被润湿，分离性能遭到破坏[2]。通常，在表面活性剂、油污染物、腐植酸等物质存在的情况下，进料废水的表面张力比较低，MD过程中膜的润湿过程会加剧。为了克服膜润湿失效的问题，研究人员通过使用低表面能材料和调控材料表面微观结构的方法，将一般膜表面疏水性能提高到超疏水性级别(水接触角＞150°)。尽管所获得的超疏水膜的耐湿性显著提高，但由于膜与有机污染物(如油)之间的“疏水-疏水”分子间的相互作用，膜的亲油特性降低了其抗结垢的能力。在这些情况下，油污将破坏膜原有的超疏水性，并导致严重的结垢问题，影响膜在MD过程中失效。
在处理高盐含油废水方面，膜蒸馏(MD)得到了越来越高的关注。MD工艺不仅在节约能耗方面有着突出的优点，另一方面，与传统基于压力差为分离驱动力的膜技术相比，基于蒸汽压差驱动的MD工艺可不受盐水浓度的限制[3]。为了克服废水净化过程中的膜润湿以及结垢等问题，Cheng等[4]提出了一种具有不对称润湿性的Janus膜，在解决膜浸湿和膜污染问题上的有着极大的潜力。Janus膜通过亲水层和疏水层耦合而成，通过两层的协同作用达到了很好的抗湿抗污的效果。
Janus膜表面的微/纳米结构、粗糙度和材料本征的表面能是决定表面抗湿性的关键因素。基于这一原理，目前通过静电喷涂沉积、真空过滤、共铸相转换涂层、逐层组装和等离子体处理等制备Janus膜的方法已经被广泛开发。在Janus膜的微观结构和性能(例如厚度、孔隙率和疏水性)的可控性以及可工业化生产上，静电喷涂/喷涂被赋予了极高的期待值。然而，目前无论是基于哪种方法构建的Janus膜都存在不同程度的材料界面相容性的问题，导致Janus膜在应用于MD分离过程中的稳定性差，寿命短以及可规模化应用性低。
参考文献：
[1]M.Elimelech,W.A.Phillip,The future of seawater desalination:energy,technology,and the environment,Science 333,(2011)712-717,https://doi.org/10.1126/science.1200488.
[2]T.Horseman,Y.Yin,K.S.Christie,Z.Wang,T.Tong,S.Lin,Wetting,scaling,and fouling in membrane distillation:state-of-the-art insights on fundamentalmechanisms and mitigation strategies,ACS ES&T Eng.1(2021),117-140,https://doi.org/10.1021/acsestengg.0c00025.
[3]S.Lin,Energy efficiency of desalination:fundamental insights fromintuitive interpretation,Environ.Sci.Technol.54,(2020),76-84,https://doi.org/10.1021/acs.est.9b04788.
[4]D.Y.Cheng,S.J.Wiersma,Composite Membrane for a MembraneDistillation System Google Patents,1982.
发明内容
基于此，有必要提供一种可以解决上述问题的Janus膜及其制备方法。
一种Janus膜，包括依次层叠的疏水基底层、疏水掺杂层以及亲水层；
所述疏水基底层的材料为疏水性有机聚合物，所述疏水掺杂层的材料为质量比为1.5～6：10的多面体笼型倍半硅氧烷纳米粒子和所述疏水性有机物的混合物，所述亲水层的材料为亲水性有机聚合物。
在一个实施例中，所述多面体笼型倍半硅氧烷纳米粒子的粒径为1nm～3nm。
在一个实施例中，所述疏水掺杂层远离所述疏水基底层的一面为串珠状多维粗糙表面，所述亲水层远离所述疏水掺杂层的一面具有珠状纳米丝结构。
在一个实施例中，所述疏水基底层的厚度为50μm～150μm，所述疏水掺杂层的厚度为3μm～9μm，所述亲水层的厚度为10μm～20μm。
在一个实施例中，所述疏水性有机聚合物选自PVDF、PP和PTFE中的至少一种，所述亲水性有机聚合物选自PDA、m-PES、CA、PAN和PA中的至少一种。
一种上述的Janus膜的制备方法，包括如下步骤：
提供多面体笼型倍半硅氧烷纳米粒子和疏水性有机物的有机分散液，其中，所述多面体笼型倍半硅氧烷纳米粒子的质量浓度为0.5％～3％，所述疏水性有机物的质量浓度为1％～5％，所述多面体笼型倍半硅氧烷纳米粒子和所述疏水性有机物的质量比为1.5～6：10；
用所述有机分散液在疏水基底层上第一次静电喷涂制备疏水掺杂层，其中，所述疏水基底层的材料为疏水性有机聚合物，干燥后得到半成品，所述第一次静电喷涂的电压为15kV～30kV，所述第一次静电喷涂的进料速度为0.5mL/h～2mL/h，所述第一次静电喷涂的喷丝塔和收集器距离为6cm～12cm；
用亲水性有机聚合物的有机溶液在所述疏水掺杂层上第二次静电喷涂制备亲水层，再次干燥后得到所需要的Janus膜，其中，所述亲水性有机聚合物的有机溶液的质量浓度为1.5％～5％，所述第二次静电喷涂的电压为12kV～24kV，所述第二次静电喷涂的进料速度为0.25mL/h～1mL/h，所述第二次静电喷涂的喷丝塔和收集器距离为8cm～15cm。
在一个实施例中，所述有机分散液的溶剂为DMF、DMAc或DMSO，所述亲水性有机聚合物的有机溶液的溶剂为DMF、DMAc或DMSO。
在一个实施例中，所述第一次静电喷涂的电压为25kV，所述第一次静电喷涂的进料速度为1mL/h，所述第一次静电喷涂的喷丝塔和收集器距离为8cm。
在一个实施例中，所述第二次静电喷涂的电压为18kV，所述第二次静电喷涂的进料速度为0.5mL/h，所述第二次静电喷涂的喷丝塔和收集器距离为10cm。
在一个实施例中，所述有机分散液通过如下操作制备：
将所述多面体笼型倍半硅氧烷纳米粒子超声分散到有机溶剂中，接着再次添加颗粒状的所述疏水性有机物，50℃～70℃下搅拌16h～36h后，得到所述有机分散液。
这种Janus膜中，所述疏水基底层的材料为疏水性有机聚合物，所述疏水掺杂层的材料为质量比为1.5～6：10的多面体笼型倍半硅氧烷纳米粒子(POSS)和所述疏水性有机物的混合物，所述亲水层的材料为亲水性有机聚合物，所述疏水掺杂层提升了所述疏水基底层和所述亲水层的界面相容性，从而使得Janus膜表现出良好的一体性，这种Janus膜在MD工艺过程中的使用稳定性较高，寿命较长且可规模化应用性得到了提高。
多面体笼型倍半硅氧烷结合有无机与有机材料的性质，作为所述疏水掺杂层的填料，多面体笼型倍半硅氧烷能有效分散在喷涂溶液中，能有效调节所述疏水掺杂层的表面微观形态，是实现Janus膜超疏水性的关键。
结合具体实施例，应用于MD工艺时，以盐水包大豆油乳液为进料液，本发明的Janus膜表现出稳定和优异的脱盐性能并具有高水通量，并通过重复试验的方式制备得到具有相同性能的Janus膜，本发明的Janus膜具有工业化生产的潜质。
优选的，所述疏水掺杂层远离所述疏水基底层的一面为串珠状多维粗糙表面，所述亲水层远离所述疏水掺杂层的一面具有珠状纳米丝结构，提高使得制得的Janus膜水通量大，且具有稳定的表面亲水性和水下超疏油性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
其中：
图1为一实施方式的Janus膜的结构示意图。
图2为如图1所示的Janus膜的制备方法的流程图。
图3为实施例1得到的半成品以及实施例1得到的Janus膜的SEM图，其中，a和b分别为实施例1得到的半成品的表面形貌图和横截面形貌图，d和e分别为实施例1得到的Janus膜的表面形貌图和横截面形貌图。
图4为实施例1的商用PVDF膜的归一化水通量和脱盐率结果图。
图5为实施例1的半成品的归一化水通量和脱盐率结果图。
图6为实施例1的Janus膜的归一化水通量和脱盐率结果图。
图7为实施例1的商用PVDF膜、实施例1的半成品以及实施例1的Janus膜处理复杂含油高盐水的测试结果图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示的一实施方式的Janus膜，包括依次层叠的疏水基底层10、疏水掺杂层20以及亲水层30。
疏水基底层10的材料为疏水性有机聚合物，疏水掺杂层20的材料为质量比为1.5～6：10的多面体笼型倍半硅氧烷纳米粒子和疏水性有机物的混合物，亲水层30的材料为亲水性有机聚合物。
这种Janus膜中，疏水基底层10的材料为疏水性有机聚合物，疏水掺杂层20的材料为质量比为1.5～6：10的多面体笼型倍半硅氧烷纳米粒子和所述疏水性有机物的混合物，亲水层30的材料为亲水性有机聚合物，疏水掺杂层20提升了疏水基底层10和亲水层30的界面相容性，从而使得Janus膜表现出良好的一体性，这种Janus膜在MD工艺过程中的使用稳定性较高，寿命较长且可规模化应用性得到了提高。
多面体笼型倍半硅氧烷结合有无机与有机材料的性质，作为疏水掺杂层20的填料，多面体笼型倍半硅氧烷能有效分散在喷涂溶液中，能有效调节疏水掺杂层20的表面微观形态，是实现Janus膜超疏水性的关键。
结合具体实施例，应用于MD工艺时，以盐水包大豆油乳液为进料液，本发明的Janus膜表现出稳定和优异的脱盐性能并具有高水通量，并通过重复试验的方式制备得到具有相同性能的Janus膜，本发明的Janus膜具有工业化生产的潜质。
优选的，本实施方式中，多面体笼型倍半硅氧烷纳米粒子的粒径为1nm～3nm。
多面体笼型倍半硅氧烷纳米粒子可以自行制备，也可以直接购买得到。
本实施方式中，疏水掺杂层20远离疏水基底层10的一面为串珠状多维粗糙表面，亲水层30远离疏水掺杂层20的一面具有珠状纳米丝结构。
疏水掺杂层20远离疏水基底层10的一面为串珠状多维粗糙表面，亲水层30远离疏水掺杂层20的一面具有珠状纳米丝结构，提高使得制得的Janus膜水通量大，且具有稳定的表面亲水性和水下超疏油性。
一般来说，可以通过静电喷涂的方法，疏水掺杂层20远离疏水基底层10的一面为串珠状多维粗糙表面，亲水层30远离疏水掺杂层20的一面具有珠状纳米丝结构。
优选的，本实施方式中，疏水基底层10的厚度为50μm～150μm，疏水掺杂层20的厚度为3μm～9μm，亲水层30的厚度为10μm～20μm。
优选的，本实施方式中，疏水性有机聚合物选自PVDF(聚偏二氟乙烯)、PP(聚丙烯)和PTFE(聚四氟乙烯)中的至少一种，亲水性有机聚合物选自聚多巴胺(PDA)、改性聚醚砜(m-PES)、醋酸纤维素(CA)、聚丙烯腈(PAN)、和聚酰胺(PA)中的至少一种。
本发明还公开了一实施方式的上述Janus膜的制备方法，包括如下步骤：
S10、提供多面体笼型倍半硅氧烷纳米粒子和疏水性有机物的有机分散液。
一般来说，有机分散液中，多面体笼型倍半硅氧烷纳米粒子的质量浓度为0.5％～3％，疏水性有机物的质量浓度为1％～5％，多面体笼型倍半硅氧烷纳米粒子和疏水性有机物的质量比为1.5～6：10。
优选的，有机分散液通过如下操作制备：将多面体笼型倍半硅氧烷纳米粒子超声分散到有机溶剂中，接着再次添加颗粒状的疏水性有机物，50℃～70℃下搅拌16h～36h后，得到有机分散液。
优选的，有机分散液的溶剂为DMF、DMAc或DMSO。
S20、用S10得到的有机分散液在疏水基底层10上第一次静电喷涂制备疏水掺杂层20，疏水基底层10的材料为疏水性有机聚合物，干燥后得到半成品。
一般来说，第一次静电喷涂的电压为15kV～30kV，第一次静电喷涂的进料速度为0.5mL/h～2mL/h，第一次静电喷涂的喷丝塔和收集器距离为6cm～12cm。
优选的，第一次静电喷涂的电压为25kV，第一次静电喷涂的进料速度为1mL/h，第一次静电喷涂的喷丝塔和收集器距离为8cm。
本实施方式中，干燥得到半成品的操作可以为：80℃烘箱干燥。
本实施方式中，第一次静电喷涂可以采用北京永康乐业的ET-2535装置实现。
S30、用亲水性有机聚合物的有机溶液在S20得到的疏水掺杂层20上第二次静电喷涂制备亲水层30，再次干燥后得到所需要的Janus膜。
亲水性有机聚合物的有机溶液中，亲水性有机聚合物的有机溶液的质量浓度为1.5％～5％。
一般来说，第二次静电喷涂的电压为12kV～24kV，第二次静电喷涂的进料速度为0.25mL/h～1mL/h，第二次静电喷涂的喷丝塔和收集器距离为8cm～15cm。
优选的，第二次静电喷涂的电压为18kV，第二次静电喷涂的进料速度为0.5mL/h，第二次静电喷涂的喷丝塔和收集器距离为10cm。
优选的，亲水性有机聚合物的有机溶液的溶剂为DMF、DMSO或DMAc。
本实施方式中，第二次静电喷涂可以采用北京永康乐业的ET-2535装置实现。
以下为具体实施例。
具体实施例中，多面体笼型倍半硅氧烷纳米粒子的粒径为1nm～3nm，购自郑州阿尔法公司(A256791CAS:5256-79-1)；商用PVDF膜为厚度为125μm的Commercial PVDFmembranes(HVHP14250)；静电喷涂通过北京永康乐业的ET-2535装置实现。
实施例1
将混合的POSS NPs分散到DMF溶剂中，超声处理10分钟，制备得到POSS分散液。接着，将适量的PVDF颗粒添加到上述溶液中，然后在60℃下搅拌24小时，形成混合均匀的POSS@PVDF电喷涂溶液，其中，POSS的质量浓度为0.9wt％，PVDF的质量浓度为3wt％。
使用ET-2535装置将上述制备的POSS@PVDF电喷涂溶液沉积到商用PVDF膜上制备得到具有超疏水性的POSS@PVDF膜，得到半成品。电喷雾条件为25kV电压，1.0mL·h-1的进料速度，喷丝塔和收集器距离为8cm。接着，将制备得到的半成品置于80℃的烘箱中完全干燥。
将PAN聚合物溶解在DMF溶剂中获得质量浓度为3wt％的PAN电喷涂溶液。接着使用相同的电喷涂设备和操作程序制备，具体参数为18kV电压、10cm的尖端到收集器距离和0.5mL·h1的PAN喷涂溶液进料速率。最后，将得到的膜置于60℃的烘箱中干燥过夜，去除残留的DMF制备得到PAN/POSS@PVDF Janus膜。
实施例2
将混合的POSS NPs分散到DMF溶剂中，超声处理10分钟，制备得到POSS分散液。接着，将适量的PVDF颗粒添加到上述溶液中，然后在60℃下搅拌24小时，形成混合均匀的POSS@PVDF电喷涂溶液，其中，POSS的质量浓度为0.5wt％，PVDF的质量浓度为1.5wt％。
使用ET-2535装置将上述制备的POSS@PVDF电喷涂溶液沉积到商用PVDF膜上制备得到具有超疏水性的POSS@PVDF膜，得到半成品。电喷雾条件为15kV电压，2mL·h-1的进料速度，喷丝塔和收集器距离为6cm。接着，将制备得到的半成品置于80℃的烘箱中完全干燥。
将PAN聚合物溶解在DMF溶剂中获得质量浓度为1.5wt％的PAN电喷涂溶液。接着使用相同的电喷涂设备和操作程序制备，具体参数为24kV电压、8cm的尖端到收集器距离和0.25mL·h1的PAN喷涂溶液进料速率。最后，将得到的膜置于60℃的烘箱中干燥过夜，去除残留的DMF制备得到PAN/POSS@PVDF Janus膜。
实施例3
将混合的POSS NPs分散到DMF溶剂中，超声处理10分钟，制备得到POSS分散液。接着，将适量的PVDF颗粒添加到上述溶液中，然后在60℃下搅拌24小时，形成混合均匀的POSS@PVDF电喷涂溶液，其中，POSS的质量浓度为3wt％，PVDF的质量浓度为5wt％。
使用ET-2535装置将上述制备的POSS@PVDF电喷涂溶液沉积到商用PVDF膜上制备得到具有超疏水性的POSS@PVDF膜，得到半成品。电喷雾条件为30kV电压，0.5mL·h-1的进料速度，喷丝塔和收集器距离为12cm。接着，将制备得到的半成品置于80℃的烘箱中完全干燥。
将PAN聚合物溶解在DMF溶剂中获得质量浓度为5wt％的PAN电喷涂溶液。接着使用相同的电喷涂设备和操作程序制备，具体参数为12kV电压、15cm的尖端到收集器距离和1mL·h1的PAN喷涂溶液进料速率。最后，将得到的膜置于60℃的烘箱中干燥过夜，去除残留的DMF制备得到PAN/POSS@PVDF Janus膜。
测试例
1、膜的微观形貌表征
对实施例1得到的半成品以及实施例1得到的PAN/POSS@PVDF Janus膜进行表面形貌和横截面形貌观察，得到图3。
相比与多孔商业PVDF膜，经过电喷涂修饰后的POSS@PVDF膜表面具有多尺度的粗糙表面，如图3a所示，其表面的粗糙结构主要由POSS@PVDF串珠状微单元缠绕组成。
根据Cassie Baxter模型，多尺度表面粗糙度可以大大提高膜的水接触角(WCA)，从而可能赋予膜超疏水性。所制备的POSS@PVDF层的厚度约为5μm，在横截面图中可以清楚地看到其中一些活性层穿透基材，意味着涂层膜的具有良好的一体性能，对提高膜的使用稳定性起到关键作用(图3b)。
如图3d所示，制备得到的PAN/POSS@PVDF Janus膜亲水PAN层表面由纳米纤维与珠状结构缠绕组成，展现出粗糙的微/纳表面结构。除此之外，如横截面图像所示(图3e)，PAN修饰层与POSS@PVDF疏水层具有良好的粘附性，厚度约为15μm。优异的界面相容性，是本发明所制备的PAN/POSS@PVDF Janus膜能在MD工艺中稳定使用的基础。
2、复杂的DCMD性能
膜的润湿性是保持稳定和可持续的脱盐性能的关键要求。
分别对实施例1的商用PVDF膜(含SDS的盐水进料监测)、实施例1的半成品(超疏水POSS@PVDF涂层膜)和实施例1的Janus膜(PAN/POSS@PVDF)的抗润湿性能进行测试，其归一化水通量和脱盐率结果如图4～图6所示。
其中，添加SDS表面活性剂制备模拟废水测试液(3.5％NaCl溶液)。实施例1的商用PVDF膜(含SDS的盐水进料监测)、实施例1的半成品(超疏水POSS@PVDF涂层膜)和实施例1的Janus膜(PAN/POSS@PVDF)的初始通量分别为27.3LMH、23.6LMH和22.8LMH。
对比图4、图5和图6，在SDS浓度高达0.3mM时，超疏水膜和Janus膜在整个运行期间都保持稳定的水通量和高脱盐率。与商用PVDF膜相比，实施例1的半成品(超疏水POSS@PVDF涂层膜)和实施例1的Janus膜(PAN/POSS@PVDF)都具有同样出色的耐湿性。
除此之外，实施例1的半成品(超疏水POSS@PVDF涂层膜)和实施例1的Janus膜(PAN/POSS@PVDF)具有接近的抗湿性，表明通过合适的配方和工艺修饰的PAN亲水层不会牺牲下层的POSS@PVDF膜超疏水性。
3、复杂油水混合体系的DCMD性能
为了进一步评估Janus膜在处理复杂含油高盐水的可用性，采用0.5g/L大豆油、0.3mM SDS和3.5wt％NaCl组成稳定水包油乳液作为DCMD进料溶液以测试Janus膜的分离性能，得到图7。
与上一节一样，保持相同的SDS浓度(0.3mM)以避免混淆不同的失效机制，从而可以更好地分析它们的防润湿和防污性能。同时，还比较了商业PVDF膜和POSS@PVDF涂层超疏水膜的性能。
如图7所示，商用PVDF膜的通量和脱盐率下降最严重，速度最快，运行20分钟即出现性能衰减，表明膜同时发生了结垢和润湿问题。对于超疏水膜，在整个90分钟MD测试中，水通量下降相对缓慢，但最终降低到初始水通量的30％左右。同时，脱盐率保持恒定，高值>99.99％这表明分层POSS@PVDF涂层能够提高膜的抗润湿性能，但对抗污性仍较差。与原始PVDF膜相比，由于油和膜与分层表面结构的接触面积较小，POSS@PVDF超疏水膜仍然表现出更好的防污性能。
如图7所示，实施例1制备的PAN/POSS@PVDF Janus膜，具有优异且稳定的脱盐率(>99.99％)，水通量在整个DCMD运行过程中仅在在小范围内波动，表明实施例1制备的PAN/POSS@PVDF Janus膜能在MD工艺中稳定使用，具有稳定分离复杂含油高盐废水的能力。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种Janus膜，其特征在于，包括依次层叠的疏水基底层、疏水掺杂层以及亲水层；
所述疏水基底层的材料为疏水性有机聚合物，所述疏水掺杂层的材料为质量比为1.5～6：10的多面体笼型倍半硅氧烷纳米粒子和所述疏水性有机物的混合物，所述亲水层的材料为亲水性有机聚合物。
2.根据权利要求1所述的Janus膜，其特征在于，所述多面体笼型倍半硅氧烷纳米粒子的粒径为1nm～3nm。
3.根据权利要求1所述的Janus膜，其特征在于，所述疏水掺杂层远离所述疏水基底层的一面为串珠状多维粗糙表面，所述亲水层远离所述疏水掺杂层的一面具有珠状纳米丝结构。
4.根据权利要求1所述的Janus膜，其特征在于，所述疏水基底层的厚度为50μm～150μm，所述疏水掺杂层的厚度为3μm～9μm，所述亲水层的厚度为10μm～20μm。
5.根据权利要求4所述的Janus膜，其特征在于，所述疏水性有机聚合物选自PVDF、PP和PTFE中的至少一种，所述亲水性有机聚合物选自PDA、m-PES、CA、PAN和PA中的至少一种。
6.一种如权利要求1～5中任意一项所述的Janus膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供多面体笼型倍半硅氧烷纳米粒子和疏水性有机物的有机分散液，其中，所述多面体笼型倍半硅氧烷纳米粒子的质量浓度为0.5％～3％，所述疏水性有机物的质量浓度为1％～5％，所述多面体笼型倍半硅氧烷纳米粒子和所述疏水性有机物的质量比为1.5～6：10；
用所述有机分散液在疏水基底层上第一次静电喷涂制备疏水掺杂层，其中，所述疏水基底层的材料为疏水性有机聚合物，干燥后得到半成品，所述第一次静电喷涂的电压为15kV～30kV，所述第一次静电喷涂的进料速度为0.5mL/h～2mL/h，所述第一次静电喷涂的喷丝塔和收集器距离为6cm～12cm；
用亲水性有机聚合物的有机溶液在所述疏水掺杂层上第二次静电喷涂制备亲水层，再次干燥后得到所需要的Janus膜，其中，所述亲水性有机聚合物的有机溶液的质量浓度为1.5％～5％，所述第二次静电喷涂的电压为12kV～24kV，所述第二次静电喷涂的进料速度为0.25mL/h～1mL/h，所述第二次静电喷涂的喷丝塔和收集器距离为8cm～15cm。
7.根据权利要求6所述的Janus膜的制备方法，其特征在于，所述有机分散液的溶剂为DMF、DMAc或DMSO，所述亲水性有机聚合物的有机溶液的溶剂为DMF、DMAc或DMSO。
8.根据权利要求6所述的Janus膜的制备方法，其特征在于，所述第一次静电喷涂的电压为25kV，所述第一次静电喷涂的进料速度为1mL/h，所述第一次静电喷涂的喷丝塔和收集器距离为8cm。
9.根据权利要求6所述的Janus膜的制备方法，其特征在于，所述第二次静电喷涂的电压为18kV，所述第二次静电喷涂的进料速度为0.5mL/h，所述第二次静电喷涂的喷丝塔和收集器距离为10cm。
10.根据权利要求6所述的Janus膜的制备方法，其特征在于，所述有机分散液通过如下操作制备：
将所述多面体笼型倍半硅氧烷纳米粒子超声分散到有机溶剂中，接着再次添加颗粒状的所述疏水性有机物，50℃～70℃下搅拌16h～36h后，得到所述有机分散液。
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